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高溫高壓完井、修井技術 你知多少?

高壓高溫完井總覽

日前,高溫高壓井數逐漸增加,對完井工藝也提出了更高的要求,本文主要指出了高溫高壓完井修井工具的發展狀況,并討論了井身設計以及產品開發所面臨的挑戰。

高溫高壓工具的應用方式正在不斷的發展變化,研發周期正在延長,特別是針對超高溫高壓(超過壓力15,000psi或者溫度超過350°F)情況下的高溫高壓工具,研發周期更久,這些適用于超高溫高壓的工具,需要篩選制作材料并進行穩定性評估。

高溫高壓下完井技術的特殊挑戰

高溫高壓環境下的完井技術面臨著多種多樣的挑戰,并且挑戰還在持續增加。此前對高溫高壓項目的調查顯示在封隔器、橋塞、尾管掛、井下安全閥、油管-封隔器密封和其他相關產品方面存在著技術空缺。

除了材料設計和高溫高壓環境測試方面,在其他專門基礎元件方面也面臨很大的挑戰。

封隔器:封隔器和橋塞已發展到能夠用于500°F和25,000psi的井下條件,但在目前發展過程中的主要困難在于金屬和非金屬材料的可用性,這些材料需要適用于非常高的應力和應變條件,并且這些材料需要有較好的抗腐蝕性,以保證長期有效。石油圈原創www.h29736.cn

井下安全閥:井下安全閥包含了許多動態密封裝置,在整個完井周期中這些密封裝置都必須保持完整性和操作性能穩定。并且作業者可通過使用內插閥來延長有故障的安全閥的使用周期。內插閥是通過鋼絲作業下入的更小內徑的閥,能夠插入到油管連接的安全閥內部密封桶內,以此能夠在安全閥失效的情況下保持生產。

尾管懸掛器:帶有完整密封性的尾管懸掛器已經成功開發并應用于高溫高壓環境。一般來說,這些工具需要起到密封作用才能達到氣密性的要求,但是針對尾管懸掛器的行業標準尚未制定出來。

電子元件:常規工業用和軍用電子元件的耐溫能夠達到125℃,這遠低于高溫井下電子元件使用的耐溫要求,比如MDW和旋轉導向系統中使用的電子元件。盡管這樣,在高溫應用方面,石油天然氣行業井下工具仍然是時間最久和規模最大的電子元件用戶。石油圈原創www.h29736.cn

智能監控和生產系統:電子系統和光纖系統在井下監控方面已經得到了應用。市面上的電子監控系統已經可以應用到150°C和30,000 psi的環境下,并且平均使用壽命能夠達到10年?,F在能夠適應更高溫度下的版本在175°C和30000psi環境中,平均使用壽命為5年?,F在市面上的光纖系統能夠達到耐溫536°F以及耐溫20, 000psi。光纖系統一個非常重要的特點是它不含電子元件,因此與電子元件相比,光纖系統在更高的溫度下更可靠并且使用壽命更長。

智能生產系統指智能井系統,包括流動控制閥、儀表、化學藥劑注入閥和其他工具。這些工具用來控制儲層生產并且作為監控系統的平臺??傮w來說,這些系統已經升級到“近高溫高壓”狀態。市面上銷售的電子系統能夠耐壓高達15,000psi,平均使用壽命高達20年,但是只適用于次級高溫高壓條件。

高溫高壓下修井技術的特殊挑戰

一直以來,有關技術缺口和挑戰方面的討論都是圍繞著完井工具和系統。但是,在井筒干預方面也存在著巨大的挑戰。石油圈原創www.h29736.cn

一些墨西哥灣的作業者已經開始在超高溫高壓環境下使用先進的永久式橋塞作為獨立密封工具。這些先進的永久式橋塞(有時指隔離橋塞)集成了橋塞和生產封隔器的技術,以滿足超高溫高壓條件下對井下隔離和井使用壽命的要求。

油管切割器:現在業內有許多種類的油管切割器。它們其中的一些可以有效應用在超高溫高壓環境中,但是很少能夠保持持續的有效性。噴射式切割器用聚能射孔彈進行切割??梢允褂迷S多種類的射孔彈,并且這些射孔彈的耐溫級別與射孔槍基本一致。

化學切割是通過工具本體上的小孔噴射化學藥劑。在高壓環境下,化學切割的有效性因回壓對化學切割液的影響而降低。在高溫高壓環境下,化學切割的效率低于50%。

等離子切割器使用帶電等離子體進行切割,目前的耐溫耐壓級別分別是500°F 和 20,000 psi。

機械切割器由于受電子元件和裝有電子元件的襯套的影響,其耐溫耐壓性能有限。目前的技術條件下,機械切割器能夠用于392°F 和 20,000 psi的環境條件。機械切割器能夠實現可控切割并且產生較細的碎屑,并且從地面進行控制,能夠實現實時調整。

測井儀器和電子元件:在高溫高壓環境下,PCB (printer-circuit-board)的使用壽命是非常有限的。在超過150°C的環境下,PCB的壽命是以小時計的。一些新型的測井工具使用混合或者多芯片模塊,能夠耐溫175°C,使用壽命也只能夠以天計。當溫度超過175°C時,電子元件的使用受限于一些無源測井工具,使用壽命以小時計。這些工具可以進行降溫,以延長其使用壽命。

其他挑戰:在井筒干預方面,高溫高壓環境下的數據傳輸和工具打撈方面還存在更多的挑戰,包括作業管柱的限制、封隔器的回收、正向頂替馬達的溫度限制和投球坐封工具的溫度壓力限制。

井身設計石油圈原創www.h29736.cn

系統綜合測試:對許多應用來說,綜合測試是非常具有挑戰性的,但也是對完井或者修井作業至關重要的。例如,對于一個高溫高壓橋塞、高溫高壓水力坐封工具和一個高溫高壓套管接箍定位器來說,他們都能夠進行單獨測試,但是把他們集成起來作為一個系統在井下環境中進行測試可能就會變成一個嚴峻的考驗。

傳輸方法:可以采取多種不同的方法把工具下入井中,包括油管、連續油管和電纜(鋼絲作業和電纜)。選取的傳輸方式取決于許多因素,也決定了地面設備如何配置。對于較深的井,一般首選電纜,因為這種方式能夠極大的縮短作業時間。石油圈原創www.h29736.cn

風險和可操作性分析:風險和可操作性分析用于在作業中識別風險和作業問題。正確的識別潛在風險和作業問題、制定方案和分析不同方案優缺點能夠有效的防止井控失效和保證人身安全。在高溫高壓環境下,風險和可操作性分析會有助于識別出那些在作業之前需要改進或者測試的工具。

監管條例總覽

全球各地監管條例各不相同,以下將講述一些安全和環境執法局對美國墨西哥灣水域的要求。

深水作業計劃:無論水深多少,所有的高溫高壓完井都需要進行深水作業計劃。安全和環境執法局要求任何復雜的、需要高級別專業知識的新技術都要經過第三方的審核。如果新技術超過了現有標準的限制,行業專家與安全和環境執法局必須經過討論、達成一致。如果新技術與現有的工程標準沖突,那么執法局會拒絕使用新技術。

高溫高壓新技術深水作業計劃:執法局建議作業者就高溫高壓項目的問題盡早聯系執法局的技術評估部門來接受最新的指導。對于任何新技術,理論作業計劃中都必須包含用于高溫高壓環境下的完整工具和材料清單資料,以及用于評估材料選擇、設計驗證分析和執行驗證測試的工程標準。新技術發展完成之后,最終作業計劃必須包含理論作業計劃里涉及的所有的分析和測試報告。

設計驗證和分析: API PER 15K和API 17TR8為執法局承認的作為高溫高壓材料選擇、設計驗證分析和測試的指導標準。

來自/JPT ?譯者/王凱 ?編輯/王亞釩

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檸檬
石油圈認證作者
畢業于中國石油大學(華東),油氣井工程碩士,長期聚焦國內外石油行業前沿技術裝備信息,具有數十萬字技術文獻翻譯經驗。如需獲取更多技術資料,請聯系我們。
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